Проектирование и расчет основных параметров вагона-самосвала 33-692

вагон-самосвал получил широкое распространение, особенно на карьерном и внутризаводском транспорте чёрной и цветной металлургии, угольной промышленности и на крупных стройках, вагоны-самосвалы (думпкары), имеющие наклоняющийся при выгрузке грузов кузов с откидывающимися бортами, предохраняют путь от засорения высыпающимися грузами. ...

Введение
1 Исходные данные о потребностях рынка в продукции вагоностроения в области вагонов-самосвалов
2 Разработка технического задания на шестиосный вагон-самосвал
2.1 Наименование и область применения
2.2 Основание для разработки
2.3 Цель и назначение для разработки
2.4 Источники разработки
2.5 Технические требования
3 Определение линейных размеров вагона-самосвала
3.1 Расчет основных технико-экономических параметров
3.2 Определение линейных размеров проектируемого вагона
4 Габаритные расчеты
4.1 Уточнение линейных размеров вагона по условию вписывания вагона в заданный габарит
4.2 Определение вертикальных размеров вагона
5 Проектирование основных узлов кузова вагона-самосвала
5.1 Устройство кузова вагонапо элементам
5.2 Наружное и внутреннее оборудование вагона
6 Проектировочные расчеты
6.1 Нормативные нагрузки и схемы их приложения
6.2 Математическая модель в системе ANSYS
6.3 Расчет и анализ результатов
7 Выбор унифицированных частей вагона
7.1 Ходовые части вагона и их параметры
7.2 Ударно-тяговые приборы вагона, параметры и размещение на вагоне
7.3 Автотормозное оборудование
8 Нормативные оценочные расчеты вагона и узлов
8.1 Проверка кинематических параметров автосцепного устройства
8.2 Оценка устойчивости колесной пары от вкатывания на головку рельса
8.3 Оценка устойчивости под воздействием продольных сжимающих сил
8.4 Определение горизонтальной жесткости рессорного подвешивания тележки
8.5 Проверка вагона на устойчивость от опрокидывания
9 Расчет инновационного проекта
10 Безопасность перевозки грузов
10.1 Правила перевозок железнодорожным транспортом
10.2 Правила перевозок смерзающихся грузок
10.3 Правила перевозок опасных грузок
10.4 Операции в пути следования
10.5 Виды операций
10.6 Прием и сдача вагонов и перевозочных документов по пути следования грузов
10.7 Перегрузка и проверка груза в пути
10.8 Передача груза между подразделениями перевозчика
10.9 Сохранность груза
10.10 Профилактические мероприятия по сохранности груза
Заключение
Список использованных источников

Вагоны промышленного транспорта предназначены для внутренних перевозок, связанных с производственным процессом промышленных предприятий (доставка металлургического сырья, полуфабрикатов, готовой продукции, строительных материалов), а также непосредственно с технологическим процессом в качестве транспортного средства для выполнения внутризаводских или внутрицеховых транспортных операций. Кроме того, такие вагоны используются для внешних перевозок до мест примыкания дорог промышленного транспорта к магистральным железным дорогам.

Боковые и надрессорные балки также выполнены литыми коробчатого сечения. Сталь по химическому составу и механическим свойствам аналогична стали, используемой для шкворневой балки. Колеса тележки цельнокатаные 0950 мм, ось колесной пары типа РУ1. Буксовый узел выполнен для установки роликовых подшипников ЗН42726Л и ЗН2Э2726Л1.Рычажная передача тележки состоит из вертикальных рычагов, горизонтальных тяг, подвесок и триангелей и обеспечивает одностороннее нажатие колодок на крайние колеса и двустороннее нажатие на средние. Рессорное подвешивание тележки состоит из четырех комплектов. Каждый комплект имеет три двойные пружины и четвертую пружину, внутри которой расположен гаситель колебания.Роль фрикционного гасителя колебаний выполняет амортизатор, который состоит из стопорного кольца, стакана и клиньев (фрикционного и нажимного).7.2 Ударно-тяговые приборы вагона, параметры и размещение на вагонеВагоны-самосвалы между собой и с локомотивом соединяются ударно-тяговыми приборами, которые служат для удержания вагонов на определенном расстоянии друг от друга, передачи растягивающих и сжимающих усилий от одного вагона к другому и смягчения действия этих усилий.В зависимости от способа соединения ударно-тяговые приборы делят на неавтоматические и автоматические. При неавтоматических ударно-тяговых приборах сцепление вагонов выполняют вручную. Такие приборы применены на вагонах-самосвалах колеи 750 мм. На вагонах-самосвалах широкой колеи применены автоматические ударно-тяговые приборы, при которых сцепление вагонов осуществляется без участия человека.Автоматические ударно-тяговые приборы, в свою очередь, делят на нежесткие и жесткие. Нежесткая автосцепка допускает перемещение в вертикальном направлении ее корпуса относительно сцепленного с ней корпуса автосцепки смежного вагона или локомотива. Жесткая автосцепка исключает перемещение ее корпуса относительно сцепленного с ней корпуса автосцепки смежного вагона или локомотива.Вагон-самосвал оборудован ударно-тяговыми приборами, состоящими из автосцепного устройства и поглощающего аппарата.На вагонах-самосвалах применена автосцепка СА-3. Автосцепка вагона-самосвала состоит из корпуса с расположенным в нем механизмом, расцепного привода, ударно-центрирующего прибора, упряжного устройства и с поглощающим аппаратом (рисунок 22). 1 – кронштейн; 2 – задний упор; 3 – расцепной рычаг; 4 - поддерживающая планка; 5 – поглощающий аппарат; 6 – тяговый хомут; 7 – упорная плита; 8 – клин; 9 – передний упор; 10 – ударная розетка; 11 – державка; 12 – маятниковая подвеска; 13 – центрирующая балка; 14 – корпус автосцепки; 15 – цепь; 16 – упор; 17 – малый зуб; 18 – замок; 19 – большой зуб Рисунок 22 – Автосцепное оборудованиеМеханизм автоматической сцепки. Замок, замкодержатель, собачка (предохранитель замка), подъемник и валик подъемника составляют механизм автоматической сцепки. Все детали изготовлены из литой стали. В собранном виде механизм в головке корпуса автосцепки запирается болтом с гайкой и двумя предохранительными шайбами. Замок служит для запирания двух сомкнутых автосцепок. Он имеет вверху шип цилиндрической формы для навешивания собачки, в средней части - овальный вырез для стержня валика подъемника и внизу - радиальную опору и зуб, вокруг которого происходит поворот замка. За овальным отверстием расположен сигнальный отросток, по положению которого определяют, сцеплены или расцеплены автосцепки.Замок устроен и размещен так, что под действием силы тяжести он выходит наружу из полости головной части корпуса автосцепки. Замкодержатель с собачкой предназначен для исключения самопроизвольного расцепления (подъема замка) и вместе с подъемником удерживает замок в нижнем положении при сцепленных автосцепках. Замкодержатель имеет лапу и противовес, между которыми расположен прямоугольный выступ, называемый расцепным углом, а также овальное отверстие для навешивания замкодержателя на шип корпуса автосцепки.Предохранитель замка (собачка) представляет собой двуплечий рычаг с цилиндрическим отверстием для навешивания его на шип замка. Верхнее плечо предохранителя предназначено для упора в противовес замкодержателя с целью предупреждения самопроизвольного расцепления автосцепок, а нижнее – для подъема верхнего плеча при расцеплении вагонов-самосвалов.Подъемник замка предназначен для выведения его предохранителя из положения упора в противовес замкодержателя, перемещения замка внутрь полости корпуса автосцепки и удержания его в этом положении. Подъемник имеет широкий и узкий пальцы, а также квадратное отверстие, через которое проходит стержень валика подъемника.Валик подъемника, обеспечивающий поворот подъемника, представляет собой стержень переменного сечения. Он предназначен для поворота подъемника замка при расцеплении автоматических сцепок и для ограничения выхода замка из полости корпуса в зев собранной автосцепки. Расцепный привод. Для расцепления автосцепок и постановки механизма автосцепки в выключенное положение служит расцепной привод. Он состоит из двуплечего рычага 4 с рукояткой, кронштейна, державки и цепи, соединяющей короткое плечо рычага с валиком подъемника автосцепки. Ударно-центрирующий прибор. Прибор воспринимает непосредственно от корпуса автосцепки сжимающие усилия, а также возвращает его в центральное положение. Этот ударно-центрирующий прибор состоит из розетки, прикрепленной к буферному брусу нижней рамы вагона-самосвала, двух маятниковых подвесок и центрирующей балки, опирающейся на подвески и поддерживающей корпус автосцепки. Ударная розетка предназначена для укрепления буферного бруса нижней рамы вагона-самосвала и для восприятия в некоторых случаях (вместе с поглощающим аппаратом) части ударного усилия.Центрирующий прибор использован для возвращения отклоненной автосцепки в среднее положение (к продольной оси вагона). Центрирующая балочка прибора представляет собой стальную отливку с площадкой в средней части для хвостовика автоматической сцепки и с боковыми приливами для навешивания на головки маятниковых подвесок. Эти подвески представляют собой кованые стержни, имеющие по концам прямоугольные головки.Упряжное устройство автосцепки. Упряжное устройство предназначено для передачи ударно-тяговых усилий и смягчения их действия. Устройство состоит из клина, тягового хомута, болтов с гайками, планкой и шплинтами для крепления клина, упорной плиты и поглощающего аппарата. Клин соединяет корпус автосцепки с тяговым хомутом и передает последнему растягивающее усилие. Клин имеет внизу заплечики, предотвращающие его выжимание вверх.Тяговый хомут представляет собой стальную отливку, в головной части которой имеются окно для прохода хвостовика автоматической сцепки и вертикальные отверстия для клина, соединяющего автосцепку с хомутом. Внизу головной части хомута сделаны ушки с отверстиями для болтов, поддерживающих клин. Хомут предназначен для передачи тягового усилия от автоматической сцепки поглощающему аппарату. Упорная плита предназначена для передачи ударных и сжимающих усилий от торца хвостовика автосцепки поглощающему аппарату и тягового усилия от поглощающего аппарата передним ударным угольникам. Плита имеет прямоугольную форму со срезанными в верхней части углами и цилиндрическую форму гнезда в середине. Гнездо облегчает повороты корпуса автосцепки в горизонтальной плоскости и обеспечивает центральную передачу усилия.Детали, соединяющие упряжное устройство с рамой вагона, имеют передние и задние упорные угольники, а также поддерживающие планки. Упорные угольники предназначены для передачи усилий, действующих на автосцепку и на хребтовую балку нижней рамы вагона-самосвала. Ранее упорные угольники выполняли раздельными. В последнее время для упрочнения хребтовой балки и уменьшения перекосов поглощающего аппарата угольники делают объединенными.Передние объединенные угольники отливают заодно с розеткой. Поддерживающая планка является нижней опорой, удерживающей упряжной прибор между стенками хребтовой балки. Упорные угольники крепят к стенкам хребтовых балок заклепками. Замена клепки сваркой заметно снижает трудоемкость и улучшает технологию изготовления этих угольников.Поглощающий аппарат. Продольные (растягивающие и сжимающие) усилия, передающиеся через автосцепку на нижнюю раму и другие части вагона-самосвала, смягчаются поглощающим аппаратом в результате преобразования кинетической энергии ударяющихся масс в работу сил трения и в потенциальную энергию деформации упругих элементов аппарата.На железных дорогах применяются пружинно-фрикционные аппараты типа ПМ: ПМК-110А, ПМКП-110, ПМК-110К-23.Поглощающий аппарат ПМК-110 относится к аппаратам пружинно-фрикционного типа, у которого в целях повышения энергоемкости и стабильности характеристик применены в качестве фрикционных элементов металлокерамические пластины. Поглощающий аппарат ПМК-110 имеет рабочий ход 110 мм. Энергоемкость поглощающего аппарата ПМК-110 в состоянии поставки составляет около 35 кДж. Работа аппарата в условиях эксплуатации характеризуется более высокой скоростью приработки. Энергоемкость приработанных поглощающих аппаратов ПМК-110 при продольной силе 2 МН составляет 70-85 кДж. Аппарат ПМК-110К-23 отличается от аппарата ПМК-110А только маркой металлокерамических элементов.В данный момент на вагонах-самосвалах 33-692 используется поглощающий аппарат ПМКП-110.Поглощающий аппарат ПМКП-110 (рисунок 23) разработан на базе серийно выпускаемого поглощающего аппарата ПМК-110К-23. Применение полимерных блоков повышает полноту и энергоемкость силовых характеристик амортизатора. Достигается это за счет повышения жесткости подпорного комплекта, что позволяет уменьшить управляющие углы клиновой системы и, соответственно, стабилизировать трение на вспомогательных поверхностях. В сочетании с демпфирующими свойствами полимеров устраняются фрикционные автоколебания.1 – нажимной конус; 2 – два фрикционных клина; 3,4 – неподвижные пластины; 5 – подпорно-возвратное устройство; 6 – корпус подпорно-возвратное устройство.Рисунок 23 - Поглощающий аппарат ПМКП-110Аппарат ПМКП-110 прошел установленный курс ресурсных испытаний и принят Межведомственной комиссией ОАО «РЖД». Конструкция аппарата ПМКП-110 защищена патентам РФ № 2128301. Поглощающий аппарат ПМКП-110 обладает следующими конкурентными преимуществами:– эксплуатация, не требующая предварительной приработки для получения нормативной энергоемкости, благодаря чему аппарат надежно защищает вагон от повреждений уже при первых ударах (первый в мире фрикционный поглощающий аппарат такого типа); большая энергоемкость и надежность по сравнению с предшествующими моделями;– износостойкие металлокерамические элементы на основных поверхностях трения, значительно стабилизирующие работу;– более эффективная сохранность перевозимых грузов, повышенная безопасность движения, увеличение межремонтного пробега и уменьшение стоимости ремонта вагона;– возможность установки на вагоны любой грузоподъемности, перевозящие неопасные грузы;– эксплуатация без технического обслуживания (нормативный безремонтный срок службы составляет 16 лет).Конструктивный ход 110 мм, масса 145 кг, номинальная энергоемкость не менее 70 кДж, максимальная энергоемкость 90 – 100 кДж, рабочий температурный диапазон -60 - +50°C, габаритные размеры 570×320×230 мм.Рисунок 24 – Энергоемкость поглощающего аппарата ПМКП-1107.3 Автотормозное оборудованиеВагоны-самосвалы, так же как и грузовые вагоны магистральных железных дорог, оборудованы автоматическими воздушными тормозами системы Матросова. Автоматический воздушный тормоз имеет приборы для получения сжатого воздуха (паровоздушный насос или компрессор с соответствующей арматурой), приборы управления тормозом (кран машиниста и вспомогательные краны), приборы, осуществляющие торможение каждой тормозной единицы (воздухораспределители, тормозные цилиндры, запасные резервуары, рычажная передача).В тормозной магистрали поддерживается постоянное давление воздуха 60,0 Н/см2 (6 ат); при этом сжатый воздух поступает в запасной резервуар через воздухораспределитель. При резком снижении давления в тормозной магистрали или обрыве состава поезда воздух из запасного резервуара через воздухораспределитель начинает поступать в тормозной цилиндр, приводя в движение поршень со штоком. В результате этого начинает работать рычажная система тормоза и происходит торможение.Принципиальное отличие различных систем автоматических воздушных тормозов Матросова, применяемых в настоящее время на подвижном составе железнодорожного транспорта, заключается в конструкции воздухораспределителя – прибора, служащего для распределения воздуха при зарядке, торможении и отпуске.В зависимости от установленного типа воздухораспределителя получил соответствующее название и автоматический тормоз: автоматический тормоз системы Матросова с воздухораспределителем № 320 (МТ3-320), с воздухораспределителем № 135 (MT3-135), с воздухораспределителем № 270-002 (МТЗ-270-002) и № 270-005 (МТЗ-270-005). Вагоны-самосвалы постройки прежних лет оборудованы автоматическим тормозом с воздухораспределителем № 135 (MT3-135); вагоны-самосвалы выпуска более поздних лет имеют воздухораспределитель № 270-002. В последнее время вагоны-самосвалы оборудуют автоматическим тормозом с воздухораспределителем № 270-005.1 – соединительные рукава; 2 – концевые краны; 3 – тормозная магистраль; 4 –главная часть воздухораспределителя; 5 – двухкамерный кронштейн; 6 - магистральная часть; 7 – тройник; 8 – разобщительный кран; 9 – запасный резервуар; 10 – тормозной цилиндр; 11– грузовой авторежимРисунок 25 - Пневматическая схема тормозного оборудования Тормозная магистраль (ТМ) или иначе – магистральный воздухопровод – это стальная труба диаметром 32 мм, закрепленная под кузовом вагона и проходящая от одного до другого его конца. По концам на резьбовые части магистрали навинчиваются концевые краны усл. № 190, а на них, в свою очередь, гибкие соединительные рукава усл. № Р-17. С помощью концевых кранов тормозная магистраль данного вагона может быть либо подсоединена к магистрали других вагонов, либо отсоединена от них.  Концевые краны обычно устанавливают не строго вертикально (вверх ручками), а с поворотом градусов на 30. Это улучшает работу рукавов в кривых участках пути и исключает удары головок при следовании через горочные замедлители. То есть не строго вертикальный, а слегка наклоненный концевой кран – это нормально, не надо пытаться его повернуть до вертикального положения.Тормозная рычажная передача трехосной тележки вагона предназначена для использования в конструкции шестиосных вагонов-самосвалов. Благодаря введению в тормозную рычажную передачу нижней продольной тяги, дополнительного двуплечего рычага и распределительного рычага, один конец которого через тягу связан шарнирно с вертикальным рычагом крайней оси, а другой соединен с нижней продольной тягой, которая через дополнительный двуплечий рычаг шарнирно связана с тягой, соединенной с вертикальным рычагом другой крайней оси, обеспечивается параллельная передача усилия от штока тормозного цилиндра через горизонтальный рычаг, продольную тягу, связанную с упомянутым распределительным рычагом, на тормозные колодки. Это способствует стабильности повышения характеристик тормозной передачи, таких как КПД и передаточное отношение.1 – тормозной цилиндр; 2 – шток; 3 – горизонтальный рычаг; 4 – затяжка; 5 - продольная тяга; 6 – распределительный рычаг; 7 – шарнирная подвеска; 8 – нижняя продольная тяга; 9 – тяга; 10 – вертикальный рычаг; 11 – двуплечий рычаг; 12 – тяга; 13 – вертикальный рычаг; 14 – триангели; 15 – шарнирные подвески; 16 - тяга; 17 – двуплечий рычаг; 18 – тяга; 19 – вертикальные рычаги; 20 – тяга.Рисунок 26 – Схема рычажной передачи шестиосного вагона-самосвала8 Нормативные оценочные расчеты вагона и его узлов8.1 Проверка кинематических параметров автосцепного устройства Расчетная проверка обеспечения прохода сцепленных вагонов по криволинейным участкам пути производится по «Нормам для расчета и проектирования железнодорожного транспорта МПС колеи 1520 мм (несамоходных)», 1996 г. для 3-х случаев взаимодействия автосцепных устройств :– проектируемый вагон в сцепе с «эталонным» на S-образной кривой;– сцеп из 2-х проектируемых вагонов на S-образной кривой;– проектируемый вагон в сцепе с «эталонным» на участке сопряжения кривой и прямой.За «эталонный» вагон принимается типовой 4-осный полувагон с базой 8,65 м, с длиной консоли до оси сцепления 2, 635 м, на тележках с базой 1,85 м.За расчетные критерии принимаются углы поперечного отклонения продольной оси автосцепки от оси вагона (рисунок 27), которые определяются для каждого вагона сцепа по формулам:,(30).(31)При расположении вагонов на S-образной кривой:,(32),(33),(34)где 2l, 2l – базы сцепленных вагонов; , – длины консолей сцепленных вагонов от центра пятника до центра шарнира хвостовика автосцепки; – длина корпуса автосцепки от центра шарнира хвостовика до оси зацепления, для типовых автосцепок СА-3 СА-3М м.,(35),(36)где м; м; – дополнительное взаимное отклонение шарниров автосцепок в поперечном направлении, принимается – 11 мм; , – базы тележек сцепленных вагонов, м; для вагонов на 3-хосных тележках вместо подставляется сумма квадратов составляющих полубаз; - расчетный радиус кривой, принимается 120 м.проектируемый вагон в сцепе с «эталонным» вагоном на S-образной кривойПо расчету м м мb) сцеп из 2-х проектируемых (однотипных) вагонов на S-образной кривойПо расчетупроектируемый вагон в сцепе с «эталонным» на участке сопряжения кривой и прямой ( для «эталонного» вагона) м мВывод: проход и сцепляемость вагонов-самосвалов модели 33-692 в кривых малого радиуса обеспечены. 8.2 Оценка устойчивости колесной пары от вкатывания на головку рельсаПроверка устойчивости колесной пары против схода с рельса производится по «Нормам для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)», 1996 г. с учетом изменений и дополнений от 01.02.2000 г. в трех случаях: при ударном входе в кривую, при проходе стрелок на боковой путь, при интенсивном вилянии тележки при движении с максимальной скоростью по прямому участку пути, при интенсивных боковых колебаниях кузова и сопутствующих невыгодных обстоятельствах взаимодействия колесной пары и пути.Коэффициент устойчивости колесной пары против схода с рельса (по условию вкатывания) определяется по формуле:,(37)где – угол наклона образующей конусообразной поверхности гребня колеса с горизонталью, ; – коэффициент трения поверхностей колес и рельсов, ; – вертикальная нагрузка от набегающего колеса на рельс; – боковое усилие взаимодействия гребня набегающего колеса и головки рельса; – допускаемое значение коэффициента запас устойчивости ( для данного расчетного случая для грузовых вагонов).Формула для первого расчетного случая имеет вид,8)(38)где – сила тяжести обрессоренных частей вагона, действующая на шейку оси колесной пары;(39)где – сила тяжести вагона; – число осей вагона; – сила тяжести необрессоренных частей, приходящихся на колесную пару; – расчетное значение коэффициента вертикальной динамики, приближенно принимается , определяется по формуле для обрессоренных частей тележки; – расчетное значение коэффициента динамики боковой качки, приближенно принимается ; – расчетное среднее значение рамной силы;,(40)где – расчетная статическая осевая нагрузка;,где – число осей в тележке, ;По расчету т,,(41)где ; - для обрессоренных частей тележки; – статический прогиб рессорного подвешивания; см – в порожнем состоянии.,При м принимать м.,(42),,(43), т.